(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、加工時のプリプレグの変形を抑制し、且つ樹脂含浸性及び繊維の開繊性を改善することでのボイド抑制ひいては機械的強度を向上させた繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた成型板を提供することにある。【解決手段】  平均単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである複数の炭素繊維が一方向に配列された炭素繊維ストランドに熱可塑性樹脂組成物を含浸させて、小片に切断してなる厚さが０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下、嵩高さが５ｍｍ以上６５ｍｍ以下であるチョップドストランドプリプレグを複数、繊維配向がランダムになるように積層された積層物を、加熱・加圧してシート状に成形してなる等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シートにより解決する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂と単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である炭素繊維とからなり、前記熱可塑性樹脂をマトリックスとした一方向に配列された炭素繊維ストランドを切断した小片のプリプレグであるチョップドストランドプリプレグであって、
前記チョップドストランドプリプレグの厚さが０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、
以下の方法で得られる嵩高さが５．０ｍｍ以上６５．０ｍｍ以下であるチョップドストランドプリプレグ。
ここでいう嵩高さとは、チョップドストランドプリプレグを１００ｇ量り取り、容器（たて１０ｃｍ、よこ２０ｃｍ、高さ２０ｃｍ、いずれも容器内部の大きさ）に、容器の底面から高さ３０ｃｍかつ、容器の底面に対して中央となる位置から、一枚一枚自由落下させて積層させた積層物の最高部の高さを測定して、得られた値である。
【請求項２】
前記炭素繊維の単繊維の繊維軸に垂直な断面の真円度が０．７０以上０．９０以下である請求項１に記載のチョップドストランドプリプレグ。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のチョップドストランドプリプレグを繊維配向がランダムになるように積層された積層物を、加熱・加圧してシート状に成形してなる等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートが１枚もしくは複数枚積層され一体に成形された成形板であって、その理論積層数が下記式を満足する成形板。
理論積層数＝（成形板の厚さ）／（一つのプリプレグの厚さ）≧１０
【請求項５】
複数の炭素繊維が一方向に配列された炭素繊維ストランドに熱可塑性樹脂組成物を含浸させて、小片に切断してチョップドストランドプリプレグとするチョップドストランドプリプレグの製造方法であって、
平均単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである複数の炭素繊維が一方向に配列された炭素繊維ストランドの片面のみに熱可塑性樹脂組成物からなるフィルム状物を積層させ、熱ロールを用いてロール温度１５０℃〜４００℃、ロール圧力１０．０〜１０００．０ＭＰａで前記フィルム状物を炭素繊維ストランドに溶融・含浸させて、厚さを０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下とするチョップドストランドプリプレグの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のチョップドストランドプリプレグの製造工程に引き続いて、
前記チョップドストランドプリプレグを複数、繊維配向がランダムになるように積層して積層物とする工程、
前記積層物を加熱・加圧してシート状に成形してなる等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シートとする工程を有する、繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
【請求項７】
前記積層物を加熱・加圧してシート状に成形してなる等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シートとする工程において、熱プレス、ダブルベルトプレス、間欠ホットプレス又は熱ロールのいずれかを用いて、１５０〜４００℃、０．１〜１０．０ＭＰａで加熱・加圧処理を施す、請求項６記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックに用いるチョップドストランドプリプレグに係るもので、熱可塑性樹脂と単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である炭素繊維とからなるチョップドストランドプリプレグに関する。さらにこれを用いた、繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた成型板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維材料は、各種のマトリックス樹脂と複合化され、得られる繊維強化プラスチックは種々の分野・用途に広く利用されるようになってきた。そして、高度の機械的特性や耐熱性等を要求される航空・宇宙分野や、一般産業分野では、従来、マトリックス樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が使用されてきた。しかし、特に航空・宇宙分野では、これらのマトリックス樹脂は、脆く、耐衝撃性に劣るという欠点を有するため、その改善が求められてきた。また、熱硬化性樹脂の場合、これをプリプレグとしたとき、樹脂のライフタイムが短いために保存管理上に問題があること、製品形状に対して追従性が乏しいこと、成形時間が長く生産性が低いこと等の問題もあった。これに対して、熱可塑性樹脂プリプレグの場合は、複合材料としたときの耐衝撃性が優れ、プリプレグの保存管理が容易で、かつ成形時間が短く、成形コスト低減の可能性もある。
【０００３】
熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグには、強化繊維の形態及びその配向性の面から次の様なものが存在する。（１）強化繊維として連続繊維を使用し、一方向配列繊維シートあるいは織編物を作成し、これと熱可塑性樹脂とからプリプレグを作成したもの。かかるプリプレグは、繊維の体積含有率を高くすることができる利点があり、繊維軸方向では弾性率、強度に優れた特性を有する。しかし、一つのプリプレグをとると面内異方性であり、成形品の成形に際しては、機械的物性の等方性を確保するために繊維軸方向、それと直角方向、斜め方向と何枚ものプリプレグを積層しなければならない。このことは、必然的にコスト高を招き、また、成形品が厚くなるという問題がある。また、（２）強化繊維として非連続繊維を使用するものとして、チョップドストランドを使用したプリプレグ（チョップドストランドプリプレグ）がある。これは、熱可塑性樹脂をマトリックスとした一方向配列ストランド（繊維束）を、例えば、２５ｍｍ〜５０ｍｍ程度の繊維長に切断した小片のプリプレグである。かかるプリプレグは、成形時の流動性、例えば、スタンピング成形時の流動性が良好であり、色々な複雑な形状の成形品を成形するのに適している。しかしながら成形時に、強化繊維を樹脂により流動化させる機構が必須であるため、強化繊維の体積含有率を高めることができなかったり、強化繊維の長さが短いために機械的強度の物性が連続繊維を使用したものに比べて劣るという問題点があった。
【０００４】
特許文献１には繊維体積含有率（Ｖｆ）が低くとも優れた機械強度を有する繊維強化熱可塑樹脂シートを提供するために、次の３つの条件、（１）繊維体積含有率（Ｖｆ）が２０％以上５０％以下、（２）プリプレグの繊維軸方向の長さが１５ｍｍ以上４５ｍｍ以下、（３）プリプレグの厚さが０．１３ｍｍ以下、を満たすチョップドストランドプリプレグを用いる事が提案されている。
【０００５】
しかし、提案されている厚みの薄いプリプレグの場合において、構成する強化繊維の単繊維繊度が一般的なものであるため全体の剛性が不十分となり、チョップ等加工する際かかる応力によりプリプレグが反ったり、折れたりといった変形を引き起こすことが確認されている。これはプリプレグの嵩高さの増加を招き、結果生産性の低下を招く可能性がある。また、特に折れたプリプレグが混入したり、プリプレグを積層させる際にプリプレグが折れてしまうと、繊維軸方向が同一のプリプレグが二重に重なっているのと同意であるため繊維配向がランダムになることを阻害したり機械的強度を低下させる原因となる。
さらに、一般的な単繊維繊度の炭素繊維からなるストランドでは、樹脂の含浸性や開繊性が不十分で未だボイドの発生を抑えることができていないため、前記課題を解決したさらなる機械的物性の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００７／０２０９１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、熱可塑性樹脂と単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である炭素繊維とからなるチョップドストランドプリプレグを用いることで、加工時のプリプレグの変形を抑制し、且つ樹脂含浸性及び繊維の開繊性を改善することで繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた成型板のボイド抑制ひいては機械的強度を向上させることができるチョップドストランドプリプレグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が要旨するところは、熱可塑性樹脂と単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である炭素繊維とからなり、前記熱可塑性樹脂をマトリックスとした一方向に配列された炭素繊維ストランド（単繊維の束）を切断した小片のプリプレグであるチョップドストランドプリプレグであって、前記プリプレグの厚さが０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下、嵩高さが５．０ｍｍ以上６５．０ｍｍ以下であるチョップドストランドプリプレグを第一の発明とする。
【０００９】
また、第２の発明は、前記チョップドストランドプリプレグを、繊維配向がランダムになるように積層し、前記積層物を、熱プレス、ダブルベルトプレス、間欠ホットプレス又は熱ロールを用いて１５０〜４００℃で０．１〜１０．０ＭＰａで加熱・加圧処理することからなる、等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明を実施すれば、プリプレグの変形を抑制し、且つ樹脂含浸性及び繊維の開繊性を改善することでのボイドの抑制ができ、チョップドストランドプリプレグを用いた繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた成型板の機械的強度を向上させることができるチョップドストランドプリプレグを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のチョップドストランドプリプレグは、熱可塑性樹脂と炭素繊維とからなるチョップドストランドプリプレグからなり、チョップドストランドプリプレグとは、熱可塑性樹脂をマトリックスとした一方向配列ストランド（炭素繊維の束）を、例えば、２５ｍｍから５０ｍｍ程度の繊維長に切断した小片のプリプレグのことを指し、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板は、前記チョップドストランドプリプレグを、繊維配向がランダムになるように積層された積層物を、加熱・加圧してシート状に成形してものを指す。
【００１２】
熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン及びポリプロピレン酸変性物、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族又は脂肪族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレンなる群から選ばれた樹脂が挙げられ、単独で使用しても良く２種以上を混合して使用してもよい。
用途によっては、熱硬化性樹脂と混合して使用することもできる。特に、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたポリアミド、ポリプロピレン及びポリプロピレン酸変性物、ポリカーボネートやアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂が、特に好ましい。
これらの熱可塑性樹脂には、通常用いられる難燃剤、耐候性改良剤、その他酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、充填剤、導電性フィラー、カーボンブラック等を適宜添加してもよい。
【００１３】
本発明のプリプレグは、繊維体積含有率（Ｖｆ）が１０％以上６０％以下であることが好ましい。繊維体積含有率（Ｖｆ）が６０％を超えると、樹脂の含浸が不十分となりボイド等の発生も多くなり、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的物性が低下する傾向にあるので好ましくない。また、炭素繊維は従来公知の他の強化繊維と比較して高価な繊維であるためコスト的な観点からも好ましくない。より好ましい上限は５５％以下であり、最も好ましい上限は５０％以下である。一方、繊維体積含有率（Ｖｆ）が１０％未満となると、ボイドが抑制されコストも低減することができるが、機械的物性が低下するため好ましくない。より好ましい下限は１５％以上であり、最も好ましい下限は２０％以上である。
【００１４】
プリプレグの繊維軸方向の長さは、５．０ｍｍ以上６０．０ｍｍ以下であることが好ましく、１０．０ｍｍ以上５０．０ｍｍ以下であることがより好ましい。プリプレグの繊維軸方向の長さが６０．０ｍｍを超えると、繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的物性は向上するが面内の等方均一性が低下する傾向にある。より好ましい上限は、５０．０ｍｍ以下であり、最も好ましい上限は４５．０ｍｍ以下である。
一方、プリプレグの繊維軸方向の長さが、５．０ｍｍ未満となると、面内の等方均一性は良化するが機械的物性が低下する傾向にある。より好ましい下限は１０．０ｍｍ以上であり、最も好ましい下限は１５．０ｍｍ以上である。
【００１５】
プリプレグの厚さは、０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である必要がある。プリプレグの厚さが０．２０ｍｍを超えると、得られた繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の等方均一性が失われる傾向にあり、また高い機械的物性が得られなくなる傾向にある。より好ましい厚さの上限は０．１７ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．１３ｍｍ以下である。
【００１６】
一方、プリプレグの厚さが０．０３ｍｍ未満となると、プリプレグの剛性の低下が著しいためチョップドストランドプリプレグの反りや折れといった変形を抑えることが困難となり、また、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的強度の低下を引き起こす可能性があるため好ましくない。より好ましい厚さの下限は０．０４ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．０５以上である。
【００１７】
プリプレグの嵩高さは５．０ｍｍ以上６５．０ｍｍ以下である必要がある。プリプレグの嵩高さが５．０ｍｍ未満となると、プリプレグの積層数が低下し、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の面内の等方均一性が低下する傾向がある。また、そのような嵩の少ないプリプレグを作るためには厚みが０．２０ｍｍを超えるような肉厚なプリプレグにしたり、マトリクスに高密度な熱可塑性樹脂を用いる必要が出るため、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的強度を低下させたり、設計自由度を低下させるため好ましくない。好ましい嵩高さの下限は、１２．５ｍｍ以上であり、もっとも好ましい下限は１７．５ｍｍ以上である。
【００１８】
一方、プリプレグの嵩高さが６５．０ｍｍを超えるようなプリプレグを用いると、作業性が著しく低下する上、プリプレグの加工の際反ったり折れたり、また堆積・積層させた際に折れている量が非常に多くなる傾向にあるため、そのようなプリプレグから得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板は機械的強度が低下する傾向にあるため好ましくない。また、嵩高さがそこまで高くなると、空気の噛み込みの量も許容できない程増加してしまうため、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の内部にボイドを発生させてしまい機械的強度の低下を生じさせる可能性があるため好ましくない。好ましい上限は、６０．０ｍｍ以下であり、より好ましい上限は５０．０ｍｍ以下である。
【００１９】
ここでいう嵩高さとは、チョップドストランドプリプレグを１００ｇ量り取り、容器（たて１０ｃｍ、よこ２０ｃｍ、高さ２０ｃｍ、いずれも容器内部の大きさ）に、容器の底面から高さ３０ｃｍかつ、容器の底面に対して中央となる位置から、一枚一枚自由落下させて積層させた積層物の最高部の高さを測定して、得られた値である。なお、測定は、容器の底辺から積層物の最高部までの高さをノギスで３回測定して、その平均値を取った。
【００２０】
プリプレグの繊維軸方向と略直行する幅は、３．０ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下であることが好ましい。３．０ｍｍ未満になると、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的強度が低下する傾向にある。より好ましい下限は５．０ｍｍ以上である。一方、３０．０ｍｍ超となると機械的強度は向上する傾向にあるが、面内の等方均一性が損なわれる傾向にある。より好ましい上限は２５．０ｍｍ以下であり、もっとも好ましい上限は２０．０ｍｍ以下である。
【００２１】
本発明において用いられる炭素繊維の単繊維繊度は、１．０ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である必要がある。単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ未満となると、得られたプリプレグを加工する際に、プリプレグにかかる応力によって反ったり折れたりといった変形が発生してしまったり、プリプレグの嵩高さが増し生産性の悪化を招く可能性がある。また、折れたプリプレグが混入したり、プリプレグを積層させる際に折れてしまうと、繊維軸方向が同一のプリプレグが二重に重なっているのと同様であるため繊維配向がランダムになることを阻害したり機械的強度を低下させる原因ともなる。
さらに、樹脂との含浸工程において、繊維間距離が小さくストランド本数も多いため、繊維の開繊性と樹脂の含浸性が不十分となりやすいため、ボイドの発生を招き得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的物性の低下させる可能性があるため好ましくない。より好ましい単繊維繊度の下限は１．２ｄｔｅｘ以上であり、最も好ましい下限は１．４ｄｔｅｘ以上である。一方、単繊維繊度が２．４ｄｔｅｘ超となると、炭素繊維製造時の焼成時間が長くなる傾向にあるためコストアップし、結果繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板のコストアップを招く傾向にある。
【００２２】
また、本発明に用いる炭素繊維としては、断面形状が真円度０．７０以上０．９０以下であることが好ましい。０．７０未満になると形状が異形化しすぎるため、得られる炭素繊維からプリプレグを製造する際に繊維含有率を高くすることができず、得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的物性を低下させる可能性がある。真円度が０．９０を越えると、耐炎化処理時に前駆体繊維を構成する単繊維内部への酸素拡散が不足し易くなる傾向にあるため、得られる炭素繊維の強度や弾性率が適切に維持できない可能性があるため好ましくない。
【００２３】
＜炭素繊維の直径及び真円度＞
（１）サンプルの作製
長さ５ｃｍに切断した炭素繊維束をエポキシ樹脂(エポマウント主剤:エポマウント硬化剤＝１００：９（質量比）)に包埋し、２ｃｍに切断して横断面を露出させ、鏡面処理した。
（２）観察面のエッチング処理
更に、繊維の外形を明瞭にするために、サンプルの横断面を次の方法でエッチング処理した。
・使用装置：プラズマエッチング装置（日本電子(株)社製、製品名：Ｐ―１７０）
・処理条件：雰囲気ガス：Ａｒ／Ｏ２＝７５／２５、プラズマ出力：５０Ｗ、真空度：約１２０Ｐａ、処理時間：５ｍｉｎ
（３）ＳＥＭ観察
前記（１）及び（２）により得られたサンプルの横断面を、ＳＥＭ（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、製品名：ＦＥＩ―ＸＬ２０）を用いて観察し、画面上に５個以上の繊維断面が写っている写真を任意に５枚撮影した。
（４）炭素繊維束の単繊維の直径測定
各サンプルについて５枚のＳＥＭ写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の単繊維断面を選んで、画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、断面の長径(最大フェレ径)ｄを計測した。選んだ単繊維断面全ての長径ｄの平均を、炭素繊維束の単繊維の直径Ｄｉとした。
（５）真円度測定
画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ―Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、周長Ｌおよび面積Ｓを計測した。各サンプルについて５枚の写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の繊維断面を選んで計測し、ＬおよびＳの平均値を求め、次式により真円度を算出した。
真円度=４πＳ／Ｌ２  ・・・（ａ）
【００２４】
本発明のチョップドストランドプリプレグは、炭素繊維のストランド（単繊維の束）を、厚さが０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下、嵩高さが５．０ｍｍ以上６５．０ｍｍ以下になるように引き揃え、続いて引き揃えた繊維束に熱可塑性樹脂を繊維体積含有率（Ｖｆ）が１０％以上６０％以下になるように付与し、形成された熱可塑性樹脂をマトリックスとした一方向配列ストランドを繊維軸長さが、例えば５．０ｍｍ以上６０．０ｍｍ以下、繊維軸と略直交する幅方向に例えば３．０ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下となるように裁断することによって得られる。
【００２５】
プリプレグの製造時に用いる炭素繊維ストランドは、撚の有無は問わず、引き揃えに際してはストランドをできるだけ開繊させることが好ましい。
プリプレグの製造方法は、特に限定されず従来公知の方法をとることができ、例えば、直接溶融した熱可塑性樹脂を炭素繊維ストランドに含浸する方法、炭素繊維ストランドの片面もしくは両面にフィルム状の熱可塑性樹脂を積層させ、フィルム状の熱可塑性樹脂を溶融して炭素繊維ストランドに含浸させる方法、粉体状の熱可塑性樹脂を溶融して炭素繊維ストランドに含浸させる方法などがあるが、炭素繊維ストランドへの含浸性や開繊自由度の観点や、得られるプリプレグの外観品位の観点から、炭素繊維ストランドの片面もしくは両面にフィルム状の熱可塑性樹脂を積層させて、フィルム状の熱可塑性樹脂を溶融して炭素繊維ストランドに含浸させる方法が好ましい。特に、炭素繊維ストランドとフィルム状の熱可塑性樹脂を積層させた際に噛みこむ空気を逃がすことができるため、得られるチョップドストランドプリプレグのボイドの低減と、そこから得られる繊維強化熱可塑性樹脂シート及び成型板の機械的物性の低下を防止できる点から、炭素繊維ストランドの片面からフィルム状の熱可塑性樹脂を積層させ、ロール温度１５０〜４００℃、ロール圧力１０〜１０００ＭＰａの条件下で溶融含浸させる方法が特に好ましい。
【００２６】
チョップドストランドプリプレグの繊維軸長さや繊維軸と略直交する幅方向への裁断方法は、従来公知の切断方法を用いることができ、例えば、シュレッダー式、ギロチンカッター式、あるいは回転式の刃物のついたペレタイザー式が挙げられる。
【００２７】
得られたチョップドストランドプリプレグは、繊維配向がランダムになるように均一に堆積・積層される。チョップドストランドプリプレグを、ランダムに均一に堆積・積層させる方法としては、例えば、裁断されたプリプレグを直接高い位置から自然落下させ、連続式の場合はスチールベルト等のベルトコンベアー上に堆積させたり、回分式の場合は、鋼鉄製やアルミ製等の成型型に直接添加させる方法があげられる。プリプレグを自然落下させる過程において、途中でエアーを吹き込んだり、メッシュもしくは邪魔板等を適宜用いることができ、それらの設置数は１段に限定されず多段使用することもできる。
【００２８】
裁断したプリプレグの供給方法は、回分式であれば予め裁断されたプリプレグを徐々に高い位置から自然落下させる方法や、繊維軸と略直交した幅方向にスリットされて巻き取られたものを連続式に繊維軸長さに裁断してそのまま自然落下させる方法や、すでに裁断されたプリプレグをホッパー等から連続的に供給し、自然落下させる方法などが挙げられ、特にこれらに限定されるものではない。
【００２９】
繊維強化熱可塑性樹脂シートは、先の方法にて堆積・積層された積層物を、例えば、連続式の場合はスチールベルトごと熱ロール間を通すことによって加熱・加圧したり、間欠熱プレスを行うことによって、熱可塑性樹脂が溶融し炭素繊維と一体化し、等方性の繊維強化熱可塑性樹脂シートが得られる。その他、一体化させる方法としては、例えば、ベルトプレスにより加熱冷却を連続して行う方法、遠赤外線ヒータ方式や電磁誘導方式やジュール加熱方式によって予熱した後、冷却プレスする方法、あるいは加熱冷却プレスを用いる回分式などがあげられる。中でも特に好ましいのは、連続式の場合はチョップドストランドプリプレグを、繊維配向がランダムになるようにスチールベルト上に積層し、次いで該積層物を、ダブルベルトプレス、間欠ホットプレス又は熱ロールを用いて１５０〜４００℃で０．１〜１０．０ＭＰａで加熱・加圧処理する方法があげられ、回分式の場合は、成型型の中にチョップドストランドプリプレグを、繊維配向がランダムになるように積層し、次いで１５０℃〜４００℃で０．１ＭＰａ〜１０．０ＭＰａで加熱・加圧する方法が挙げられる。
【００３０】
上記のごとくして得られた繊維強化熱可塑性樹脂シートは、様々な繊維強化プラスチック成形品を製造するための中間素材として用いることができる。
【００３１】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートを１枚もしくは複数枚積層して一体化成形せしめた成形板は、機械的物性が方向によらず均一なものであるが、特に、その理論積層数が、理論積層数＝（成形板の厚さ）／（一つのプリプレグの厚さ）≧１０、好ましくは理論積層数≧１５を満足する必要がある。理論積層数が少なくなると、繊維強化熱可塑性樹脂シートの面内の等方均一性を損なうと伴に、機械的強度が低下するため好ましくない。
かかる成形板の製法は特に限定されるものではなく、前記繊維強化熱可塑性樹脂シートを１枚もしくは複数枚積層し、金型プレス法、オートクレーブ法、加熱冷却プレス法等で成形して成形板とすることができる。この際、成形板中の繊維体積含有率（Ｖｆ）あるいは樹脂含量を調整するために、必要に応じて、熱可塑性樹脂を追加積層することもできる。成形板中の熱可塑性樹脂の含有率は、通常、２０質量％以上９０質量％以下、好ましくは３０質量％以上８０質量％以下が適当である。
【００３２】
前記のごとくして得られた成形板は、後述する曲げ試験に従って測定した曲げ強度と曲げ弾性率のＣＶ値が２０％以下であることが好ましい。ＣＶ値とは、変動係数のことを指し、（標準偏差／測定値の平均値）×１００（％）で表される。この値が２０％超となると、面内の等方均一性が欠如している事を示し、小さいほど繊維強化熱可塑性樹脂シート均一性が高いことを示している。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
以降の実施例および比較例においては、原材料として下記のものを用いた。
（炭素繊維）
炭素繊維１（単繊維繊度１．４ｄｔｅｘ、真円度：０．８７、ストランド本数１２０００本）
炭素繊維２（単繊維繊度２．４ｄｔｅｘ、真円度：０．７５、ストランド本数１２０００本）
炭素繊維３（単繊維繊度０．７ｄｔｅｘ、真円度：０．９５、ストランド本数１２０００本）
【００３４】
（熱可塑性樹脂原料）
変性ポリプロピレン（三菱化学（株）製、製品名：モディックＰ９５８）
ナイロン６（宇部興産（株）製、製品名：ＵＢＥ１０１３Ｂ）
【００３５】
（熱可塑性樹脂フィルム）
前記可塑樹脂原料を用い、以下の方法によりフィルム化を行った。加熱冷却二段プレス（神藤金属工業所社製、Ｆ−３７）を用いて、十分に乾燥させた前記樹脂原料を前記変性ポリプロピレンを用いる場合は加熱盤の設定温度を２００〜２２０℃とし、前記ナイロン６を用いる場合は加熱盤の設定温度を２６０〜２８０℃として、加熱盤で挟み込み、加圧して薄く引き延ばした。その後、冷却盤で冷却することにより次の３種類の樹脂フィルムを得た。得られた３種類の樹脂フィルムを以後、以下の通り記載する。
樹脂フィルム１（樹脂原料：ナイロン６（宇部興産（株）製、製品名：ＵＢＥ１０１３Ｂ）、目付け５６．０ｇ／ｍ２）
樹脂フィルム２（樹脂原料：変性ポリプロピレン（三菱化学（株）製、製品名：モディックＰ９５８）、目付け４４．０ｇ／ｍ２）
樹脂フィルム３（樹脂原料：ナイロン６（宇部興産（株）製、製品名：ＵＢＥ１０１３Ｂ）、目付け１１０．０ｇ／ｍ２）
【００３６】
［実施例１］
炭素繊維１からなる長繊維を一方向に配向した目付４０．０ｇ／ｍ2の炭素繊維ストランドのシート状物の一方の面に樹脂フィルム１を積層させ、積層体を得た。この積層体を２３０〜２６０℃に加熱して、樹脂フィルム１をシート状物に溶融含浸させ、樹脂含浸シート状物１を得た。
【００３７】
上記で得られた樹脂含浸シート状物１を、幅１５．０ｍｍにスリットした後、ギロチン方式の裁断機を用いて、長さ２５．０ｍｍに裁断しながら、チョップドストランドプリプレグ１を得た。得られたチョップドストランドプリプレグ１の嵩高さは、３５．５ｍｍ、厚さは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率は３０％であった。
さらに、得られたチョップドストランドプリプレグ１を６５ｇ計量し、鋼鉄製の成型型（内部形状：たて１２０ｍｍ、よこ２００ｍｍ、高さ２０ｍｍ）の中に高さ３０ｃｍのところから一枚一枚自由落下させて、繊維配向がランダムになるように金型内部に堆積・積層させた。
【００３８】
チョップドストランドプリプレグ１が堆積・積層された成型型を、盤温３００℃に予め加熱させた加熱冷却二段プレス機（神藤金属工業所社製、Ｆ−３７）に投入し金型の内温が２２０℃になるまで予熱を行った。続いて、圧力０．１〜２．０ＭＰａで７分間加熱プレスを行った後、圧力１．０〜３．０ＭＰａで冷却プレスを行い、本発明品である成型板１を得た。得られた成型板１は厚み２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示した通りであった。また、ボイド発生率の評価結果は○であった。
【００３９】
［実施例２］
炭素繊維１にかわり炭素繊維２を用いた以外、実施例１と同様な操作を行い樹脂含浸シート状物２、チョップドストランドプリプレグ２、続いて成型板２を得た。得られたチョップドストランドプリプレグ２の嵩高さは３４．０ｍｍ、厚みは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％であり、続いて得られた成型板２の厚みは２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示したとおりであった。また、ボイド率の評価結果は◎であった。
【００４０】
［実施例３］
炭素繊維１からなる長繊維を一方向に配向した目付８０．０ｇ／ｍ2の炭素繊維ストランドのシート状物の一方の面に樹脂フィルム３を積層させ、積層体を得た。この積層体を２３０〜２６０℃に加熱して、樹脂フィルム３をシート状物に溶融含浸させた。
【００４１】
上記で得られた樹脂含浸シート状物３を、幅１５．０ｍｍにスリットした後、ギロチン方式の裁断機を用いて、長さ２５．０ｍｍに裁断しながら、チョップドストランドプリプレグ３を得た。チョップドストランドプリプレグ３の嵩高さは１５．０ｍｍ、厚みは０．１４ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％であった。
さらに得られたチョップドストランドプリプレグ３を６５ｇ計量し、鋼鉄製の成型型（内部形状：１２０ｍｍ×２００ｍｍ×３５ｍｍ）の中に高さ３０ｃｍのところから一枚一枚自由落下させ、繊維配向がランダムになるように金型内部に堆積・積層させた。
【００４２】
前記チョップドストランドプリプレグ３が堆積・積層された成型型を、盤温３００℃に予め加熱させた加熱冷却二段プレス機（神藤金属工業所社製、Ｆ−３７）に投入し金型の内温が２２０℃になるまで予熱を行った。続いて、圧力０．１〜２．０ＭＰａで７分間加熱プレスを行った後、圧力１．０〜３．０ＭＰａで冷却プレスを行い、本発明品である成型板１を得た。得られた成型板１は厚み２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示した通りであった。また、ボイド発生率の評価結果は○であった。
【００４３】
［比較例１］
炭素繊維１にかわり炭素繊維３を用いた以外、実施例１と同様な操作を行い樹脂含浸シート状物４、チョップドストランドプリプレグ４、続いて成型板４を得た。得られた樹チョップドストランドプリプレグ４の嵩高さは６７．５ｍｍとなり６５．０ｍｍを超えていた。また、厚みは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％であり、得られた成型板４の厚みは２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示したとおりであった。また、ボイド率の評価結果は△であった。
【００４４】
［実施例４］
炭素繊維１からなる長繊維を一方向に配向した目付４０．０ｇ／ｍ2の炭素繊維ストランドのシート状物の一方の面に樹脂フィルム２を積層させ、積層体を得た。この積層体を２３０〜２６０℃に加熱して、樹脂フィルム２をシート状物に溶融含浸させた。
【００４５】
上記で得られた樹脂含浸シート状物５を、幅１５．０ｍｍにスリットした後、ギロチン方式の裁断機を用いて、長さ２５．０ｍｍに裁断しながら、本発明品のチョップドストランドプリプレグ５を得た。得られたチョップドストランドプリプレグ５の嵩高さは、４５．０ｍｍ、厚さは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率は３０％であった。さらに、得られたチョップドストランドプリプレグ５を６０ｇ計量し、鋼鉄製の成型型（内部形状：１２０ｍｍ×２００ｍｍ×３５ｍｍ）の中に高さ３０ｃｍのところから一枚一枚自由落下させて、繊維配向がランダムになるように金型内部に堆積・積層させた。
【００４６】
前記チョップドストランドプリプレグ５が堆積・積層された成型型を、盤温２２０℃に予め加熱させた加熱冷却二段プレス機（神藤金属工業所社製、Ｆ−３７）に投入し金型の内温が１８０℃になるまで予熱を行った。続いて、圧力０．１〜２．０ＭＰａで７分間加熱プレスを行った後、圧力１．０〜３．０ＭＰａで冷却プレスを行い、本発明品である成型板５を得た。得られた成型板５は厚み２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示した通りであった。また、ボイド発生率の評価結果は○であった。
【００４７】
［実施例５］
炭素繊維１にかわり炭素繊維２を用いた以外、実施例３と同様な操作を行い樹脂含浸シート状物６、チョップドストランドプリプレグ６、続いて成型板６を得た。得られたチョップドストランドプリプレグ６の嵩高さは４２．５ｍｍ、厚みは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％であり、得られた成型板６の厚みは２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示したとおりであった。また、ボイド発生率の評価結果は◎であった。
【００４８】
［比較例２］
炭素繊維１にかわり炭素繊維３を用いた以外、実施例３と同様な操作を行い樹脂含浸シート状物７、チョップドストランドプリプレグ７、最後に成型板７を得た。得られたチョップドストランドプリプレグ７の嵩高さは７０．０ｍｍとなり、６５．０ｍｍを超えていた。また、厚みは０．０７ｍｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）は３０％であり、続いて得られた成型板７の厚みは２．０ｍｍ（理論積層数≧１０）で、機械的物性及びそのＣＶ値は表１に示したとおりであった。また、ボイド率の評価結果は△であった。
【００４９】
（評価方法）
（繊維体積含有率の測定）
曲げ試験用の試験片の密度をＪＩＳ  Ｋ７１１２に準じた方法にて算出を行った。続いて、ＪＩＳ  Ｋ７０７５に準じて、バーナーを用いて熱可塑性樹脂を焼き飛ばし繊維質量含有率を算出した。最後に、得られた密度および繊維質量含有率と、炭素繊維の密度から試験片のＶｆを算出した。
【００５０】
（曲げ試験）
得られた成型板を湿式ダイヤモンドカッターにより長さ１００．０ｍｍ×幅２５．４ｍｍの寸法に切断して試験片を作製した。得られた試験片にて、万能試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ社製、製品名：Ｉｎｓｔｒｏｎ５５６５）と解析ソフト（製品名：Ｂｌｕｅｈｉｌｌ）を用い、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０準拠（圧子Ｒ＝５．０、Ｌ／Ｄ＝４０）で３点曲げ試験を行い、曲げ強度と曲げ弾性率を得た。
【００５１】
（ボイド発生率）
得られた成型板をポリエステル樹脂（クルツァー社製、製品名：テクノビット４０００）に包埋し、断面を耐水ペーパーの番手＃２００、４００、６００、８００、１０００の順に、各番手で５分間研磨後、デジタルマイクロスコープ（キーエンス社製、製品名：ＶＨＸ−１００）を用いて１５０倍で断面の撮影を行った。撮影した断面の正常部とボイドの面積率を測定しボイド発生率を算出した。評価指標は、ボイド発生率が１％未満のものを◎、１％以上４％以下のものを○、４％超７％以下のものを△、７％超のものを×とした。
【００５２】
【表１】
2013221040.tif 000002